接入分布式电源的多电压等级直流配网分布式控制方法技术

本发明专利技术涉及新能源发电直流配电技术，旨在提供一种接入分布式电源的多电压等级直流配网分布式控制方法。本发明专利技术是以直流变压器实现高低电压直流母线之间互联，实现高低电压直流之间的电压等级变换和隔离。通过多有分布式电源的下垂控制以及高低电压直流间直流变压器的恒变比控制，实现了整个直流配网区域内的能量无缝流动而不需要切换控制模式。当工作在主从控制模式时只需一侧有一个电压支撑源即可实现整个配网区域的电压恒定，而整个高低压直流配网区域内功率的流动和控制模式的变换都不需要更改直流变压器的控制模式，实现了多电压等级或多区域直流配网的一体化控制，大大降低了直流配网的控制难度。

Distributed control method of multi voltage DC distribution network connected to distributed generation

The invention relates to a new energy generation DC distribution technology, aiming at providing a distributed control method for a multi-voltage grade DC distribution network connected to a distributed power supply. The invention realizes the interconnection between high and low voltage DC busbar by DC transformer, and realizes the voltage level transformation and isolation between high and low voltage DC. Through the droop control of multiple distributed generators and the constant ratio control of high and low voltage DC transformers, the seamless flow of energy in the whole DC distribution network area is realized without switching control modes. When working in master-slave control mode, only one voltage support source on one side can realize the voltage constant in the whole distribution network area, and the power flow and the control mode transformation in the whole high-low voltage DC distribution network area need not change the control mode of DC transformer, so the multi-voltage level or multi-area DC distribution network can be realized. Integrated control greatly reduces the difficulty of DC distribution network control.

【技术实现步骤摘要】
接入分布式电源的多电压等级直流配网分布式控制方法
本专利技术涉及一种多电压等级直流配网系统的运行与控制方法，属于新能源发电直流配电

技术介绍
直流分布式发电系统由于其高效率、易控的特性而得到越来越广泛的关注。未来直流配电及交直流混合配电是发展的趋势。直流配网通常有不同的供电区域和不同的直流电压等级以实现不同类型负荷的需求。直流配网领域不同电压等级之间通常通过DC/DC电力电子变压器实现互联和电压变换，目前DC/DC变换技术有隔离型和非隔离型，隔离型DC/DC能够实现不同直流电压等级之间的电器隔离和故障隔离，因此具有重要的应用意义。目前直流配电领域或者电源领域DC/DC变换模块的控制技术以电流型控制和电压型控制为主，其中电压型控制应用更为广泛。DC/DC变流器电压型控制方法以其中一端直流电压为控制目标，可以实现高低压直流侧的能量的双向流动。要实现反向电压支撑时必须切换控制模式，因此对于结构复杂、接入高密度分布式电源的直流配网而言，其运行场景和控制模式多变，无法通过主动集中控制的方式对每一个DC/DC变流器实现直接控制。因此目前直流配网在直流微网领域研究较多，而扩展到接入大规模分布式电源的直流配网时则遇到很多问题，研究成果也较少。本专利技术则时时针对这一问题，提出了一种新型的直流配网中DC/DC直流变压器控制方法及整个直流配网的运行控制模式。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，克服现有直流配电控制技术中的不足，提出了一种接入分布式电源的多电压等级直流配网分布式控制方法，不同直流电压等级母线之间通过直流变压器互联，提出了一种直流变压器的新型的控制模式，进而实现整个多电压等级直流配网的分布式控制。为解决技术问题，本专利技术的解决方案是：本专利技术提供一种接入分布式电源的多电压等级直流配网分布式控制方法，所述多电压等级直流配网中包含两个或两个以上不同电压等级的直流母线，分别接入了与各自运行电压相匹配的分布式电源、负荷和储能设备；在相邻电压等级的两条直流母线中，较高电压的直流母线称为高电压直流母线，较低电压等级直流母线称为低电压直流母线；高低电压直流母线之间通过直流变压器实现互联，实现高低电压直流之间的电压等级变换和隔离；所述多电压等级直流配网分布式控制方法，包括分布式控制和主从控制两种模式；(1)在分布式控制模式下，直流配网内各设备的运行控制策略如下：(1.1)直流变压器的控制模式为恒电压变比控制，实现高电压直流和低电压直流之间的恒定电压比控制，直流变压器的恒定电压变比为互联的高低电压直流母线的额定值之比；(1.2)直流变压器两侧的分布式电源、负荷和储能设备工作在下垂控制方式，实现高低电压直流母线的负荷波动平抑和功率平衡；其中，两侧的分布式电源通过直流变压器的恒电压增益控制实现整体的互动；(1.3)由于直流变压器的恒电压增益控制，当其一侧电压发生变换时，另一侧电压也对应变化；此时，两侧的分布式电源或者储能设备通过下垂控制实现功率的平衡控制，抑制本侧或者另外一侧负荷的变化或者分布式电源出力的变换；(2)当需要实现直流电压的恒定控制时，整个直流配网切换到主从控制模式，在该模式下直流配网内各设备的运行控制策略如下：(2.1)直流配网中直流变压器的控制模式仍保持恒电压变比控制；(2.2)以高电压直流母线或低电压直流母线其中一侧的某个分布式电源或者储能设备作为主电源，使其工作在电压控制模式，用于实现额定的电压控制，稳定本侧直流电压；由于直流变压器的恒电压变比控制作用，另一侧的直流电压也为额定的恒定值；(2.3)同时，其他分布式电源工作在最大功率跟踪模式、PQ模式或下垂控制模式；(2.4)未作为主电源的储能设备工作在PQ模式或下垂模式。本专利技术中，在所述多电压等级直流配网中，各直流母线的电压等级在10kV～48V。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：当分布式电源或者负荷变换、分布式电源即插即用时，通过多有分布式电源的下垂控制以及高低电压直流间直流变压器的恒变比控制，实现了整个直流配网区域内的能量无缝流动而不需要切换控制模式。另外当工作在主从控制模式时只需一侧有一个电压支撑源即可实现整个配网区域的电压恒定，而整个高低压直流配网区域内功率的流动和控制模式的变换都不需要更改直流变压器的控制模式，实现了多电压等级或多区域直流配网的一体化控制。这样在直流配网各种工况及控制模式下，直流变压器的控制模式都不需要变化，大大降低了直流配网的控制难度。附图说明图1为主流配网结构示意图；图2为隔离型恒电压增益DC/DC直流变压器内部结构图；图3为恒电压增益直流变压器控制方法控制框图。图1中的附图标记为：1分布式电源；2负荷；3储能设备；4分布式电源；5负荷；6储能设备；7直流变压器；8高电压直流母线；9低电压直流母线。具体实施方式下面以一个两个电压等级直流配网为例进行说明。根据本专利技术的基本原理，其他类似结构和方法都属于本专利技术的范围。如图1所示，多电压等级直流配网中包含两个(或两个以上)不同电压等级的直流母线，各直流母线的电压等级在10kV～48V之间。在相邻电压等级的两条直流母线中，较高电压的直流母线称为高电压直流母线8，较低电压等级直流母线称为低电压直流母线9，两者通过直流变压器7实现互联，实现高低压直流间的电压等级变换和隔离。高电压直流母线8上可以接入大量与运行电压相匹配的分布式电源1，储能设备3以及各种高压负荷2。低电压直流母线9上也可以接入大量与运行电压相匹配的的低压分布式电源4，储能设备6以及低压负荷5等。直流配网中不限于两个电压等级，可以根据需要设置多个，相邻电压等级之间都通过直流变压器7实现互联。图2为典型的隔离型电力电子实现的直流变压器7内部结构原理图，高压侧通过中间的高频变压器实现隔离。直流电压器7的恒定电压控制方法如附图3所示，为恒定控制高压侧电压和低压侧电压的比例不变，实现对交流变压器的功能模拟。这样在直流配网各种工况及控制模式下，直流变压器7的控制模式都不需要变化，大大降低了直流配网的控制难度。基于直流变压器7互联的直流配网的运行控制方法，包括分布式控制模式和主从控制模式。1、在分布式控制模式下，整个直流配网内各主要设备运行控制策略如下：(1.1)直流配网中直流变压器7控制模式为恒电压变比控制(或者称为恒电压增益控制方式)，实现高压直流和低压直流之间的恒定电压控制，在任何情况下基于电力电子的直流变压器控制模式不需要变化。通过恒电压增益控制的直流变压器实现了高低电压直流母线的无缝连接，可以实现高低压侧能量的双向流动。也可以实现高低压之间的相互支撑。(1.2)直流变压器的恒定电压变比或者恒定电压增益为互联的高低电压直流母线额定值之比，如本例中如果高电压直流母线为800V,低电压直流母线为400V，则恒定的电压变比或者电压增益为800:400＝2。(1.3)高电压直流母线8和低电压直流母线9上的分布式电源1、4都工作在下垂控制方式，可以实现高低压直流母线的负荷波动平抑和功率平衡。高低电压直流母线上的分布式电源1、4通过直流变压器7的恒电压增益控制实现了整体的互动。(1.4)高电低压直流母线上储能设备3、6也工作在下垂控制模式，通过直流变压器7的恒电压增益控制实现了整体的互动。(1.5)由于直流变压器7的恒电压比例控制，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种接入分布式电源的多电压等级直流配网分布式控制方法，其特征在于，所述多电压等级直流配网中包含两个或两个以上不同电压等级的直流母线，分别接入了与各自运行电压相匹配的分布式电源、负荷和储能设备；在相邻电压等级的两条直流母线中，较高电压的直流母线称为高电压直流母线，较低电压等级直流母线称为低电压直流母线；高低电压直流母线之间通过直流变压器实现互联，实现高低电压直流之间的电压等级变换和隔离；所述多电压等级直流配网分布式控制方法，包括分布式控制和主从控制两种模式；(1)在分布式控制模式下，直流配网内各设备的运行控制策略如下：(1.1)直流变压器的控制模式为恒电压变比控制，实现高电压直流和低电压直流之间的恒定电压比控制，直流变压器的恒定电压变比为互联的高低电压直流母线的额定值之比；(1.2)直流变压器两侧的分布式电源、负荷和储能设备工作在下垂控制方式，实现高低电压直流母线的负荷波动平抑和功率平衡；其中，两侧的分布式电源通过直流变压器的恒电压增益控制实现整体的互动；(1.3)由于直流变压器的恒电压增益控制，当其一侧电压发生变换时，另一侧电压也对应变化；此时，两侧的分布式电源或者储能设备通过下垂控制实现功率的平衡控制，抑制本侧或者另外一侧负荷的变化或者分布式电源出力的变换；(2)当需要实现直流电压的恒定控制时，整个直流配网切换到主从控制模式，在该模式下直流配网内各设备的运行控制策略如下：(2.1)直流配网中直流变压器的控制模式仍保持恒电压变比控制；(2.2)以高电压直流母线或低电压直流母线其中一侧的某个分布式电源或者储能设备作为主电源，使其工作在电压控制模式，用于实现额定的电压控制，稳定本侧直流电压；由于直流变压器的恒电压变比控制作用，另一侧的直流电压也为额定的恒定值；(2.3)同时，其他分布式电源工作在最大功率跟踪模式、PQ模式或下垂控制模式；(2.4)未作为主电源的储能设备工作在PQ模式或下垂模式。...

【技术特征摘要】
1.一种接入分布式电源的多电压等级直流配网分布式控制方法，其特征在于，所述多电压等级直流配网中包含两个或两个以上不同电压等级的直流母线，分别接入了与各自运行电压相匹配的分布式电源、负荷和储能设备；在相邻电压等级的两条直流母线中，较高电压的直流母线称为高电压直流母线，较低电压等级直流母线称为低电压直流母线；高低电压直流母线之间通过直流变压器实现互联，实现高低电压直流之间的电压等级变换和隔离；所述多电压等级直流配网分布式控制方法，包括分布式控制和主从控制两种模式；(1)在分布式控制模式下，直流配网内各设备的运行控制策略如下：(1.1)直流变压器的控制模式为恒电压变比控制，实现高电压直流和低电压直流之间的恒定电压比控制，直流变压器的恒定电压变比为互联的高低电压直流母线的额定值之比；(1.2)直流变压器两侧的分布式电源、负荷和储能设备工作在下垂控制方式，实现高低电压直流母线的负荷波动平抑和功率平衡；其中，两侧的分布式电源通过直流变压器的恒电压增益控制实现整体的...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭勇刚，王晓明，韦巍，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33